[发明专利]解决电路仿真中牛顿迭代算法死循环的方法及装置

说明书

解决电路仿真中牛顿迭代算法死循环的方法，包括以下步骤：1）计算每次迭代对应的残差；2）根据残差的大小，判断迭代是否正常；3）确定新的迭代电压；其中，如果迭代正常，则取当前电压为新的迭代电压；如果迭代异常，则计算两次循环的节点电压的算术平均值或者是加权平均值，作为新的迭代电压，继续进行迭代。本发明的方法可以辅助迭代算法快速跳出循环，并找到新的迭代方向，加速算法收敛，提高了计算效率。

技术领域

本发明属于集成电路计算机辅助设计(Integrated Circuit/Computer AidedDesign)领域，尤其是EDA电路仿真技术领域，特别涉及解决电路仿真中牛顿迭代算法死循环的方法及装置。

背景技术

电路仿真工具spice是根据电路中的电子元件的连接关系，基于基尔霍夫电流定律建立一套微分方程组，并进行求解的一套仿真工具。在时间尺度上，会根据数值积分方法对原始的微分方程组进行离散，从而得到每个工作点上电路所满足的非线性方程组。进而通过Newton-Raphson方法求解该非线性方程组，得到该工作点上电路中每个节点的电压。Newton-Raphson方法是非常实用且经典的迭代求解方法。通过设置足够好的初始值，可以保证Newton-Raphson迭代算法快速准确的收敛。

由于电路中集成了各种复杂的电子元器件，每个工作点处要求解的电路方程特性较为复杂，对于常规的Newton-Raphson迭代算法很难保证收敛。该迭代算法具有非常好的二次收敛性的前提是初始节点电压要足够靠近电路的真正电压。这是一个不合理的假设，因此在用Newton-Raphson算法进行迭代的过程中，就会出现不收敛的情况。特别是对于某些电路会出现电路的节点电压在两个甚至多个值之间循环跳跃，导致迭代不收敛。这就导致spice仿真程序很难继续进行下去，从而导致仿真失败。

发明内容

为了解决现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供解决电路仿真中牛顿迭代算法死循环的方法及装置，使得迭代算法可以跳出当前的循环，进入到正常的收敛路径，让整个仿真进行下去。

为实现上述目的，本发明提供的解决电路仿真中牛顿迭代算法死循环的方法，包括以下步骤：

1)计算每次迭代对应的残差；

2)根据残差的大小，判断迭代是否正常；

3)确定新的迭代电压；其中，如果迭代正常，则取当前电压为新的迭代电压；如果迭代异常，则计算两次循环的节点电压的算术平均值或者是加权平均值，作为新的迭代电压，继续进行迭代。

进一步地，所述步骤1)包括根据节点的电流守恒方程计算残差，其中计算每次迭代对应的残差，包括根据每个节点的参考容差，计算整体残差的赋权无穷范数，得到相对最坏的残差。

更进一步地，所述步骤2)进一步包括根据残差下降速度判断迭代是否正常，其中，如果残差每次按照一定收敛速度下降或者每次迭代之后残差下降2到3个数量级，则可以认为此时迭代正常；反之，如果残差不再减小，则认为迭代异常。

为实现上述目的，本发明还提供一种解决电路仿真中牛顿迭代算法死循环的装置，包括存储器和处理器，所述存储器上储存有在所述处理器上运行的程序，所述处理器运行所述程序时执行上述的解决电路仿真中牛顿迭代算法死循环的方法的步骤。

为实现上述目的，本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，所述计算机指令运行时执行上述的解决电路仿真中牛顿迭代算法死循环的方法的步骤。

有益效果：本发明可以处理在标准的Newton-Raphson出现死循环的情况下，通过计算循环点处电压值的算术平均值或者加权平均值作为新的节点电压继续进行迭代。该方法可以辅助迭代算法快速跳出循环，并找到新的迭代方向，加速算法收敛，提高了计算效率。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。